Har qanday inson biomateriallar haqida eshitgan. Lekin uning aslida nima ekanini kamdan kam odam biladi. Ayni paytda ular allaqachon tibbiyotda muhim o‘rin egallagan va ertaga, kelajakda ularning ahamiyati tobora o‘sib boradi. To‘qima va organik birikmalar bilan birikib ketishi mumkin bo‘lgan materiallardan tayyorlangan sun’iy suyak, mushak va ichki organlar bugungi kunda xayoliy bo‘lib tuyuladigan ko‘plab o‘rinlarda qo‘llanishi mumkin. NITU va MISiS bilan birgalikda, biz eng qiziqarli biomateriallar va ularning imkoniyatlari haqida ma’lumot berishga harakat qildik.

Biomaterial bu – murakkab taqdirning ifodasi. Ko‘pincha bu atama hozirgi vaqtda insoniyat qulaylik uchun foydalanayotgan obyektlarni anglatadi. Bunday biomateriallar qatorida sinovial suyuqlik namunalaridan tortib, sun’iy sadaf yoki nanotrubali o‘rgimchak to‘rigacha ko‘rish mumkin. Shuning uchun atamalar bo‘yicha tortishuvlar so‘nggi o‘rindagi narsa bo‘lsa-da, bu masalaga kamida bir-ikki og‘iz so‘z ajratish ortiqchalik qilmaydi.

Birinchidan, rus manbalarida hukumat ta’rifiga ko‘ra, biomateriallar ikki xil ma’noni anglatadi: tirik to‘qimalardan olingan materiallar va tibbiy uskunalarda ishlatiladigan, biologik tizimlar bilan munosabatda bo‘ladigan sintetik yoki tabiiy materiallar.

1987-yilda qabul qilingan Yevropa biomateriallar mutaxassislari jamiyati kongressining qaroriga binoan (European Society for Biomaterials) biomateriallar “tibbiy uskunalarda ishlatiladigan va tirik tizimlar bilan o‘zaro ta’sir qilish uchun mo‘ljallangan, tirik bo‘lmagan materiallar” deb qabul qilinishi kerak.

Bu atamaning biroz kengroq talqini 2012-yilda dunyodagi eng nufuzli IUPAC – xalqaro kimyogarlar ittifoqi tomonidan berilgan. Uni “tirik to‘qimalar bilan munosabatlarda ishlatiladigan materiallar” deb atash tavsiya etiladi.

Tegishli “biologik muvofiqlik” atamasi barcha biomateriallar uchun asosiy talabni – toksiklik yo‘qligini aks ettiradi. Biroq bu atama faqat materialdan ma’lum maqsadlarda foydalanish bilan cheklangan bo‘ladi va uni qo‘llashning qonuniyligi tasodifiy ko‘rinishdagi platsebo nazorati ostida klinik tadqiqotlardan olingan dalillarni talab qiladi.

Bundan tashqari, biomimetik materiallar atamasi ham mavjud, ya’ni ular tirik organizmning ba’zi xususiyatlarini takrorlaydigan yoki ulardan ilhomlangan holda yaratilgan materiallardir. Ammo bu o‘rinda shuni yodda tutish kerakki, biomimetik materiallar ham ko‘pincha biomateriallar sifatida qo‘llaniladi (albatta, buning uchun ular biomuvofiqlik talabiga mos bo‘lishi kerak). Shuning uchun ham bu so‘zlar atrofida juda ko‘p chalkashliklar borligi ajablanarli holat emas.

Endi ta’riflarga aniqlik kiritib olganimizdan keyin sizlarga qiziqarli bir voqeani aytib berishning vaqti keldi deb o‘ylaymiz. Britaniya uchun olib borilgan janglar paytida 34 yoshli oftalmolog Garold Ridli bir vaqtning o‘zida ikkita joyda ishlashga majbur bo‘lgan. Biri Avliyo Foma kasalxonasi bo‘lsa, yana biri Murfilds ko‘z shifoxonasi. Qilinadigan ishlar juda ko‘p edi. Bir tomondan Luftwaffe (nemis havo kuchlari) reydlari natijasida yuz bergan portlashlardan aziyat chekkan oddiy bemorlar, boshqa tomondan yarador Britaniya askarlari kasalxonalarga oqib kelardi.

Bemorlar orasida 1940-yil 15-avgustda Vinchester uchun bo‘lgan jangda urib tushirilgan 601-sonli Qirollik havo kuchlari eskadroni qo‘mondoni Gordon “Sichqoncha” Kliver ham bor edi. Pulemyot o‘qi uning boshqaruvidagi Hawker Hurricane qiruvchi samolyotining old himoya oynasini sindirib tashladi. Pleksiglas (old himoya oynasi) bo‘laklari uchuvchining yuziga va ikkala ko‘z qorachig‘iga sanchilgandi. “Sichqoncha” parashyut bilan qutulib qolishga erishgan, ammo u shifokorlar oldiga olib borilgunga qadar ko‘r bo‘lib qolgan edi.

Yigirmaga yaqin operatsiyalardan so‘ng bir ko‘zning ko‘rish qobiliyati qisman tiklandi. Bemorni kuzatgan Ridli begona jismlarning g‘ayrioddiy hodisaga e’tibor qaratdi. Shishadan farqli o‘laroq, uchuvchining ko‘ziga tushgan pleksiglas (Perspex brendi) yallig‘lanishni keltirib chiqarmadi. Uning bo‘laklari kirib qolgan yaralar o‘z-o‘zidan bitib ketdi.

Bu Ridlini polimetilmetakrilatdan ko‘z qorachig‘ining sun’iy muqobilini yaratish uchun foydalanish mumkin deb o‘ylashga undadi. Og‘ir katarakta holatlarida (qorachiqlarning ko‘rish o‘tkirligi o‘ta xiralashganda), shisha linzalardan foydalanish oqibatida yuz beradigan muqarrar yallig‘lanish, chandiq va boshqa nojo‘ya ta’sirlardan hadiksiramasdan, akril implantni bemor qorachiqlariga to‘g‘ridan to‘g‘ri kiritish mumkin ekan.

Oradan bir necha yil o‘tib, 1949-yil 29-noyabrda Avliyo Foma kasalxonasida Ridli dunyodagi birinchi shunday operatsiyani o‘tkazdi va u oxir-oqibat oftalmologik standartga aylandi. Shunday qilib, dunyodagi (hech bo‘lmaganda zamonaviy dunyodagi) birinchi biomaterial kashf etildi. Qizig‘i shundaki, Vinchester uchun jangdan deyarli 40 yil o‘tgach, keksa “Sichqoncha”da ko‘pincha yosh kattaligi bilan orttiriladigan katarakta rivojlandi. Sobiq jangovar uchuvchining qorachig‘ini almashtirish bo‘yicha operatsiya o‘tkazildi. Jangchi bunday jarrohlik amaliyotining o‘tkazilishiga bevosita sababchi bo‘ldi.

Pleksiglasdan tayyorlangan bugungi kundagi biomateriallar ro‘yxati, albatta, bu bilan tugab qolmaydi. Ular qatorida stent, kateter, tish implanti, sun’iy bo‘g‘im, yurak stimulyatori, sensor va bu kabi ishlab chiqariladigan boshqa juda ko‘p materiallar mavjud. Ushbu materiallarning har biri va ulardan tayyorlanadigan uskunalar haqida alohida kitob yozish mumkin (bunday kitoblar allaqachon yozilgan). Shunday qilib, biz faqat ushbu materiallar sinfining ba’zi vakillari – eng g‘ayrioddiy yoki shunchaki o‘zgacha xususiyatlarga ega bo‘lganlari haqida gaplashamiz.

Titan suyaklar

Titanni, albatta, biomateriallarning eng ekzotik turi deb atab bo‘lmaydi. U 40 yildan ortiq vaqt davomida shifokorlar tomonidan muvaffaqiyatli ravishda qo‘llanib kelinmoqda va buning ko‘plab obyektiv sabablari bor.

Birinchidan, bu yengil va mustahkam metall bo‘lib, u yuklama ostida ishlaydigan bo‘ginlarni mahkamlash uchun juda mos keladi. Ikkinchidan, yumshoq alyuminiy singari, titan tezda oksidli qatlam bilan qoplanadi. Ushbu qatlam metallni tashqi muhitdan himoya qiladi va tirik to‘qimalar bilan munosabatlar davomida yemirilishdan asraydi. Bundan tashqari, titan magnit bo‘lmagan materialdir, ya’ni bemorga magnit-rezonans yoki kompyuter tomografiyasi qo‘llanilishi kerak bo‘lsa, titan implantlarning mavjudligi muammo tug‘dirmaydi.

“Sof” titanga qo‘shimcha ravishda (uning alfa va beta shakllari mavjud) kuchliligi, mo‘rtligi, Yung moduli va boshqa xususiyatlari bilan ajralib turadigan, ko‘plab titan qotishmalari bo‘lib, ularni suhbatimiz davomida batafsil muhokama qilish juda zerikarli bo‘lardi. Faqatgina istisno qilish kerak bo‘lgan shakl titan-nikel qotishmasi bo‘lib, unda ikkita element deyarli teng nisbatda uchraydi.

Ushbu metall shakl saqlash xususiyatiga ega mashhur metall bo‘lib, u harorat o‘zgarganda fazali o‘tishni boshdan kechiradi. Titan bunday jarayon davomida mahsulotning elastikligi va geometriyasi o‘zgarishi mumkin. Bunday xususiyat ko‘pincha suyaklardagi yoriqlarni mahkamlashda qo‘llaniladi. Sovitilgan metall jarrohlik amaliyoti davomida implantni kerakli o‘lchamga cho‘zish imkonini beradi, bemorning tanasiga joylashtirilgandan so‘ng u qizib, yetarli darajada bosim kuchini ta’minlaydi va obyektni “ushlaydi”.

Titan va uning qotishmalari o‘zi juda qattiq va og‘ir hisoblanadi, shuning uchun u haqiqiy suyak to‘qimasining o‘rnini bosishda qattiqlik qiladi. Tibbiyot nuqtayi nazaridan, yuqori quvvat har doim ham ustunlikni bildirmaydi. Yuqori Yung moduliga ko‘ra, metall deformatsiyalar paytida atrofdagi suyak to‘qimalari tomonidan hosil qilingan mexanik yuklarni qabul qiladi va bu uning yemirilishiga sabab bo‘ladi.

Suyakning o‘rnini optimal ravishda bosa olish uchun elastiklik va zichlik jihatlaridan tabiiy suyak to‘qimalarining ko‘rsatkichlariga to‘liq mos keladigan metall kerak edi. Bunday materialni yaratish istiqbollari titan ko‘pik ixtirosi bilan nisbatan yaqinlashdi.

Biologiya darsliklarida aytilishicha, suyak to‘qimasi ikki xil – plastinsimon, ya’ni yaxlit va g‘ovaksimon, ya’ni ingichka iplarning bir-biriga chirmashib ketganidan iborat teshikchalar bilan to‘ldirilgan shaklda bo‘ladi. Agar oddiy titan qatlamli suyak to‘qimalariga o‘xshash bo‘lsa, metall ko‘pik yengil va kuchli go‘vaksimon suyakning o‘rnini bosa oladi.

Metall ko‘pikni hosil qilishning uchta asosiy usuli mavjud. Birinchidan, uni 3D usulda bosib chiqarish mumkin. Ushbu usul muntazam tuzilmalarni hosil qilishga imkon beruvchi yagona usuldir. Ikkinchi usul ingichka tolalarni aralashtirish va sinterlash bilan olishni o‘z ichiga oladi.

Uchinchi, eng ta’sirli usul bu — g‘ovakli polimerni metall bilan almashtirishdan iborat. Buning uchun oddiy g‘ovakli plastmassa, jumladan, poliuretan ko‘pik olinadi, u metall kukuni va bog‘lovchi vosita bilan aralashtiriladi. Metall plastmassaning ichki to‘qimalarini qoplaydi, uning ichki tuzilishini to‘liq takrorlaydi, so‘ngra plastmassa ajratib chiqariladi. Sinterlash jarayonidan keyin faqatgina plastik g‘ovak shakliga kirib qolgan metall ko‘pik qoladi.

Bu usul nozik g‘ovakli mahsulotlarni olish uchun ishlatilishi mumkin va u juda tez hamda arzon hisoblanadi.

Aynan ko‘pikli titan va uning qotishmalaridan bugungi kunda eng ilg‘or metall implantlar ishlab chiqariladi. Nemislarning Fraungofer institutidagi TiFoam ishlab chiqaruvchisidan tortib, shakl xotirasini saqlab qoladigan variantlarni ishlab chiqaruvchi Novokuznetsk tibbiyot muhandislik markazlariga qadar ko‘plab eksperimental variantlar mavjud.

Bugungi kundagi so‘nggi avlod titan ko‘piklari ko‘p darajali g‘ovakliligi bilan ajralib turadi. Ularning tuzilishidagi yirik elementlarning joylashishi rejalashtirilayotgan yuklamaga muvofiq ravishda aniq boshqarilishi mumkin va bu elementlarning o‘zi ko‘plab kichik g‘ovaklardan iborat, aynan mana shunday tuzilma mahsulot hosil qilishni juda osonlashtiradi.

Ekzotika muxlislari uchun shu yili oltin asosidagi ko‘piklarni yaratish texnologiyasi taqdim etildi. Endilikda titan protezingiz uchun yetarlicha hashamatli material bo‘lib ko‘rinmasa, olimlar bu muammoni ham hal qildi.

Shunga qaramay, transplantatsiya miqyosida ta’kidlash kerak bo‘lgan metall ko‘piklarning asosiy xususiyati ularning yengilligi yoki Yung moduliga mosligi emas. Bu ularning ochiq ichki tuzilishidir. Tirik to‘qimalarga joylashtirilgach, ular tezda tirik hujayralarga birikib, skeletga organik ravishda qo‘shilib ketadi. Aynan mana shu xususiyat yaxshi biomaterial “maqtana oladigan” eng muhim narsa hisoblanadi.

Mutaxassis fikri

Hozirgi vaqtda g‘ovakli titan materiallarini ishlab chiqarishning qaysi usullari eng yaxshi deb hisoblanishi haqida biz NITU MISiS tadqiqotchisi, texnika fanlari nomzodi Vadim Sheremetyevga murojaat qildik. Mana u bizga quyidagilarni aytdi: 

“G‘ovak metall konstruksiyalarni turli usullar bilan yaratish mumkin. Hatto 3D printerlardan foydalangan holda ularni chop etsa ham bo‘ladi. Har bir texnologiyaning o‘ziga xos afzallik va kamchiliklari bor, ammo ochiq g‘ovaklilikning yuqori nisbati bo‘lgan o‘tkazuvchan g‘ovakli implantga zarurat tug‘ilsa (hozirda ko‘pincha implantlar sifatida aynan mana shunday mahsulotlar talab qilinmoqda), u holda puflash vositasida g‘ovak (space holder method) hosil qilish usulini qo‘llash maqsadga muvofiq. Har qanday ko‘piksimon materiallar bilan ishlashda asosiy qiyinchilik ularning ichki yuzasi va g‘ovakli tuzilmasi bilan ishlashdir. G‘ovakli tuzilma bilan ishlashda material xususiyatlarini aniqlaydigan bir qator talablar mavjud. Ichki yuzani tozalash, o‘zgartirish va sterilizatsiya qilish zarur. Bu yo‘nalishda olimlar tomonidan ishlab chiqilayotgan ko‘plab yondashuvlar mavjud va qandaydir ‘oltin standart’ hali ishlab chiqilmagan”.

Maqolaning 2-qismini bu yerda o‘qing → sinaps.uz/maqola/13275

Muallif: Aleksandr Yershov. Ushbu maqola nplus1.ru saytidagi “А вместо сердца — пламенный мотор. Самые безумные биоматериалы будущего на службе человека” nomli maqolaning tarjimasi.
Muqova surat: nplus.ru